型鋼組合梁加固和粘鋼加固比較分析

　　在當(dāng)前的建筑工程加固中，鋼筋混凝土加固方法很多，各種方法均有著一定的適用性和片面性。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的加固分析，目前研究和應(yīng)用最多的便是型鋼-鋼筋混凝土組合加固以及粘鋼加固方法。但是在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)工程設(shè)計(jì)人員都已經(jīng)形成了定性思維，對(duì)于加固設(shè)計(jì)缺陷和應(yīng)用優(yōu)勢的分析較少，以致在方案選擇中所列出的方案并非是最優(yōu)的設(shè)計(jì)要求，是一個(gè)承載不足或者存在著嚴(yán)重受力缺陷的問題，或者因?yàn)樵O(shè)計(jì)保守而造成了材料、人力、物力的浪費(fèi)。因此在目前的設(shè)計(jì)工作中我們有必要對(duì)這兩種工程加固方法進(jìn)行分析和比較。

　　1、受力特點(diǎn)h

　　在目前的設(shè)計(jì)工作中，為了簡化加固設(shè)計(jì)工作力度和工作要求，在設(shè)計(jì)工作中一般都提前假定加固后梁截面應(yīng)變，且仍然滿足平截面的假定要求，使得受拉區(qū)域的鋼筋混凝土不參與到工作中來，這就忽略了型鋼與鋼筋混凝土之間的滑移問題，最終導(dǎo)致鋼筋在采用中產(chǎn)生了一定的塑性應(yīng)力變化。如果在目前的工作中我們不考慮梁和膠粘劑收縮、變形的問題，其在應(yīng)用中也會(huì)產(chǎn)生以下兩種情況：

　　1.1.完全卸荷之后的粘鋼加固問題

　　一般來說，完全卸荷后粘鋼加固技術(shù)是目前應(yīng)用最多的一種，是隸屬于一次受力加固的一個(gè)技術(shù)要求。在工作中，鋼板粘接后可以和原來的框架結(jié)構(gòu)形成一個(gè)綜合整體，共同承擔(dān)各種荷載作用下引起的混凝土隱患。在其承載力計(jì)算中，可以現(xiàn)有粘貼加固機(jī)理制度來進(jìn)行綜合計(jì)算。

　　1.2、部分荷載粘鋼加固

　　部分卸荷粘鋼加固，屬于二次受力加固結(jié)構(gòu)，現(xiàn)實(shí)中這種情況是普遍存在的。對(duì)于這種受力構(gòu)件，新加鋼板只有在框架梁有新的變形才能發(fā)揮作用，這樣原梁內(nèi)配筋和新加鋼板共同工作能力差，存在應(yīng)力滯后的現(xiàn)象。

 型鋼一混凝土組合梁的受力機(jī)理

　　這里型鋼加固梁是指采用一根型鋼置于原有鋼筋混凝土梁下，有兩種方案：（1）為充分利用原有混凝土的承載力，可將型鋼與混凝土用抗剪連接件或結(jié)構(gòu)膠將兩者結(jié)合，使之協(xié)同工作；（2）將原有混凝土梁及所有荷載全部作為外加荷載傳遞給型鋼梁。這樣不必設(shè)置抗剪連接件，但同時(shí)梁高度將加大，影響使用功能。第二種方案的設(shè)計(jì)方法與普通鋼梁無異，因此本文只討論一種方案。

　　根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)所做的實(shí)驗(yàn)研究，在加載至破壞荷載的近50%前，型鋼組合梁位移和應(yīng)變均保持彈性， 隨著荷載增加，混凝土梁與型鋼梁結(jié)合面處水泥砂漿層開始有水平裂縫出現(xiàn)，且鋼板與混凝土采用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)處，沿梁長方向出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，并不斷增大。當(dāng)受力較小的時(shí)候，型鋼組合梁的中和軸在混凝土中通過，型鋼為全截面受拉，一般均能滿足承載力要求。從理論上說，只要混凝土沒有達(dá)到極限壓應(yīng)變，型鋼組合梁加固的極限承載力決定因素是型鋼尺寸和強(qiáng)度。

粘鋼加固法的理論發(fā)展及工程應(yīng)用

　　在理論上，20世紀(jì)80年代末國內(nèi)學(xué)者開始對(duì)粘鋼加固分析和研究：1989年，成立粘鋼加固技術(shù)課題研究協(xié)作組，對(duì)其進(jìn)行全面研究，一次編寫了相關(guān)規(guī)定；1990年，羅競寧、顧慧娟等也進(jìn)行了少筋梁、適筋梁和超筋梁粘鋼加固的試驗(yàn)研究；1990年，四川省建筑科學(xué)研究院組織編寫了《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》；1995年，萬墨林、韓繼云等對(duì)混凝土加固結(jié)構(gòu)受力特征及破壞機(jī)理進(jìn)行了分析，提出了加固結(jié)構(gòu)與原普通結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)概念上的本質(zhì)差異；1996年，同濟(jì)大學(xué)顏德恒教授及其研究生通過理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，探討了粘鋼加固的受力機(jī)理；1998年吳耀輝通過粘鋼加固的試驗(yàn)進(jìn)行了粘鋼加固梁的粘貼滑移、早起破壞、錨固長度等方面的研究；2000年，梁叢中通過兩榀框架構(gòu)件的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對(duì)用粘鋼方法加固框架梁在地震作用下的抗震性能進(jìn)行了分析；2003年，劉敏對(duì)靜力條件下的粘鋼加固混凝土梁進(jìn)行了數(shù)值仿真分析；2006年我國新頒布了《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006），為混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)、施工提供了的技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)和理論性指導(dǎo)。

　　粘鋼加固當(dāng)前在工程中的應(yīng)用主要為混凝土柱和梁，主要應(yīng)用范圍涵蓋以下幾類：①上世紀(jì)早期、中期設(shè)計(jì)的建筑，一方面當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)要求較低，另一方面至今也已經(jīng)達(dá)到或者接近使用年限，在各種使用條件自然條件下已經(jīng)遭到嚴(yán)重破壞，隨時(shí)有可能發(fā)生倒塌。例如山西紡織印染廠、山西省圖書館舊藏書樓。②設(shè)計(jì)階段假設(shè)錯(cuò)誤或者配筋不足引起的局部破壞結(jié)構(gòu)。例如山西省人大常委辦公大樓、國內(nèi)一個(gè)工程遼陽化纖總廠變電所大樓承載梁裂縫處理。③施工階段的不當(dāng)操作引起混凝土強(qiáng)度不足、保護(hù)層偏大等問題也越來越多的采用了粘鋼加固法。如山陰縣七里溝新村小學(xué)教學(xué)樓。④結(jié)構(gòu)改造也是一個(gè)非常重要的方面，結(jié)構(gòu)加層、功能改變，粘鋼加固法能夠有效的解決這類問題，并且已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到其中。

粘結(jié)型鋼加固設(shè)計(jì)

　　在加固過程中，如果要求大幅提高設(shè)計(jì)荷載，大幅提高構(gòu)件的承載能力，粘鋼加固往往很難滿足要求。因?yàn)樵谝延械匿摻罨炷亮荷洗罅空充摪澹锌赡艹霈F(xiàn)超筋，這在工程上是不允許的，這時(shí)采用粘型鋼加固就是一種有效的方法。粘型鋼加固就是在梁的受拉邊粘結(jié)型鋼，使型鋼和混凝土共同承受外荷載。粘結(jié)的型鋼可采用工字鋼或組合型鋼。為保證型鋼和混凝土共同工作，除保證結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)外，主要通過箍板與植筋錨固的方式，以防止型鋼和混凝土之間的剪切滑移破壞。在梁底粘貼型鋼加固，可大幅度提高梁的極限承載能力，還能顯著地提高梁的剛度，減小梁的變形。加固后，型鋼主要受拉，混凝土受壓，有效地限制混凝土的裂縫開展，提高了混凝土的耐久性。加固梁塑性設(shè)計(jì)時(shí)的基本假定為：加固梁的軸向應(yīng)變符合平截面假定；極限狀態(tài)時(shí)，受壓區(qū)混凝土達(dá)到彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；不考慮受拉區(qū)混凝土的作用。